隔震技術在某巨型鋼框架結構中的應用

摘 要：隔震技術應用于鋼結構中可以取得良好的減震效果，特別對于保護室內貴重的儀器和設備有著至關重要的作用。文章結合隔震技術在廣東科學中心中的具體應用過程，指出鋼結構隔震應用中應注意的一些特點。

關鍵詞：隔震技術；鋼結構；減震；施工變形

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）35-0033-02

基礎隔震技術在鋼筋混凝土中的應用與發展已經比較成熟，目前，在我國已經建成了近500幢隔震建筑，形成一定的規模，并在迅速推廣和應用。但在鋼結構中應用隔震技術的工程在國內仍未見報道，只有極少數在原混凝土結構上加層鋼結構中用及，在國際上也只是早為數不多的幾幢鋼結構中應用。因此，隔震技術在鋼結構中的應用與研究，有待進一步的深化發展。本文結合在廣東科學中心巨型鋼框架結構中應用隔震技術的過程對鋼結構隔震的一些特點作一點說明。

1 項目簡介

該工程位于廣州市番禺區小谷圍島，按照《建筑結構抗震規范》（GB 50011-2001）的規定，建設場地抗震設防烈度為7？觷，設計基本加速度值0.10 g，設計地震分組為第一組（水平地震影響系數最大值αmax=0.0889），場地特征周期為Tg=0.45。本工程屬乙類建筑，按8°地震采取抗震措施。場地土類別為Ⅱ類，屬中軟場地土；該場地砂層土具有中等液化趨勢且淤泥層易產生震陷。

為了達到獨特的建筑藝術效果并滿足結構需要，該工程的主體結構采用了新型的結構形式——巨型鋼框架結構，同時在E區應用了隔震技術，其主桁架立面示意圖如圖1所示。

該區承重結構為6個格構式巨型鋼柱，其中每個柱的尺寸為4 m×9 m，柱間距平均約為40 m，沿縱向在二層整層高度設置高度為15 m巨型桁架，巨型桁架外挑承重。每層沿橫向在巨型柱之間設置格構式框架梁，在二層和三層樓面沿橫向設置次桁架（間距6 m，高度3 m），支承在縱向巨型桁架上，這樣縱向巨型桁架、橫向桁架和巨型柱就構成了巨型鋼框架結構（如圖1所示）。

2 E區隔震支座施工安裝

2.1 E區隔震支座安裝

隔震支座通過其上、下的連接鋼板，下部與預埋件螺栓連接，上部與柱腳頂板螺栓連接，施工流程如下：支座承臺鋼筋綁扎→預埋下板位置放線→預埋下板安裝→支座下墩臺模板安裝→混凝土澆筑及養護→板上預留螺栓孔清理→隔震支座安裝→柱腳鋼結構安裝→隔震支座外露鐵件防腐處理→防雷焊接→上部鋼結構安裝。

在預埋件安裝過程中，要求精確定位、固定及埋件加工精度到位；隔震支座上、下連接板的加工工藝均與預埋件加工工藝相同，要求精度的保證。在隔震支座安裝過程中，不得損壞隔震支座及配件。隔震支座安裝好后，立即定期巡查和保護，防止其它工種施工時對隔震支座造成意外損壞。

2.2 格構式柱腳、鋼群柱安裝布置

格構式鋼群柱有六個鋼柱腳與隔震支座上連接板栓接成六個分體，柱腳間由水平鋼梁焊接組合成一個格構式的鋼群柱平臺整體，形成了按設計要求的隔震支座橡膠墊群體，有序地組合成為上部結構安裝的載體，為上部結構荷載傳遞和外力作用影響結構穩定提供安全保障。

柱腳安裝以及格構式鋼群柱安裝如圖2、圖3所示：

3 E區隔震支座施工變形影響

廣東科學中心E區鋼框架結構復雜，現場安裝影響因素較多，受其影響隔震支座會產生不同程度的豎向、水平、偏心位移。由于隔震技術在巨型鋼框架結構中應用鮮少，為了研究隔震支座受鋼結構施工影響的情況，在E區巨型鋼框架隔震結構的施工過程中，針對隔震支座的變形進行施工變形監測。

3.1 隔震支座豎向位移

根據監測的數據，隔震支座豎向最大的位移偏差，見表1。

3.2 隔震支座偏心位移

施工過程中，隔震支座產生了偏心位移，主要有以下三方面的原因：①隔震支座受鋼結構施工影響發生偏心受壓，隨著施工的不斷進行，偏心受壓后所產生的彎矩內力也將增大；②在進行巨型鋼框架吊裝的時候，由于隔震支座受到較大的不平衡力作用后會產生偏心位移；③在巨型框架梁吊裝過程中，框架柱內部會產生較大的額外彎矩，這些也會導致隔震支座發生偏心位移。

根據對隔震支座偏心變形監測，施工初期安裝階段對隔震支座影響較大，后期變化比較平緩。E區隔震支座的最大偏心變形達到13.9 mm。

3.3 隔震支座水平位移

受E區巨型鋼框架結構的施工影響，柱端隔震支座在水平方向發生位移偏差。隔震支座的水平位移隨施工過程的變形情況如圖4所示。

根據隔震支座水平位移現場監測，隔震支座的變形均為朝結構中間位置方向；在遠離結構中心的支座變形大，靠近結構中心的支座變形小，最大的水平位移在兩個方向達到28 mm以及39 mm；根據施工階段的監測，隔震支座的水平位移隨著時間的增長呈遞增趨勢，后期位移變化相對緩和，待主體結構完工后，位移趨于穩定。

4 隔震結構施工方法優化建議

鑒于上部巨型框架安裝時對柱下隔震墊產生的變形影響，在以后的類似隔震結構上部鋼結構安裝時，建議施工方法可從以下幾方面進行優化：

①隔震支座受鋼結構施工影響發生偏心受壓，并隨著框架柱的繼續安裝，偏心受壓產生的彎距也不斷增大，可能導致隔震支座偏壓破壞。針對這種偏心受壓影響，在鋼框架施工安裝過程中，嚴格按照精度要求進行與上預埋鋼板連接的框架柱安裝，減小初始偏心和誤差累加。

②巨型框架的施工對隔震支座是突然且不平衡加載，因此應對隔震支座的應力進行監測，并調整框架柱的安裝順序，盡量做到對稱安裝，避免單邊造成對隔震墊過大的偏心影響，同時，在可能產生過大偏心受壓的隔震墊先用千斤頂支撐鋼板作保護，等上部框架柱安裝平衡完畢再撤下。

③巨型框架梁整體吊裝時對框架柱產生附加彎距，造成隔震墊的不良影響。由于初始安裝偏心的存在，附加彎距還將可能產生扭距。該附加彎距可能會對柱下隔震墊產生過大拉力導致破壞。建議在安裝過程中進行施工監測，并利用有限元模擬施工過程，確定附加彎距大小以及對隔震墊產生拉力的大小，對將產生拉力和大偏心受壓的隔震墊用千斤頂支撐鋼板作保護，等上部力平衡后再撤下。

另外，在隔震結構施工時，為盡量降低上部結構施工對隔震支座造成的變形影響，必要時可考慮將疊層橡膠支座支承的上部結構和基礎結構臨時連在一起，這樣施工荷載先作用在基礎上，待安裝完畢平衡穩定后，再撤除臨時連接，這樣就降低了施工安裝對隔震支座的不良影響。

5 總 結

通過在隔震技術在某巨型鋼框架結構中的應用，可以得出隔震技術應用在巨型鋼框架結構中一些特點；由于現場安裝影響因素較多，隔震支座受施工影響發生位移偏差，結合實際隔震支座施工現場中的監測，建議在今后類似巨型鋼框架結構中應用隔震技術時，在施工過程中采取一定的措施盡量減小隔震支座的位移偏差。

參考文獻：

[1] 周福霖.工程結構減震控制[M].北京：地震出版社，1997.

[2] 陳勁濤.疊層橡膠支座基礎隔震施工技術[J].施工技術，2005，34（10）：75-76.

[3] 毛志童，蘇海明.隔震支座的施工技術[J].甘肅科技，2004，20（11）：139-140.

[4] 王志強，陳新亮.房屋橡膠隔震墊施工技術與應用[J].山西建筑，2001，27（2）：29-31.